Question

【題目】NO、NO2等氮氧化物的消除和再利用有多種方法。

（1）活性炭還原法：某研究小組向某密閉容器中加入足量的活性炭和NO，發(fā)生反應(yīng)：C(s)+2NO(g) N2(g)+ CO2(g) △H = Q kJ·mol-1，在T℃下，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測得各物質(zhì)的濃度部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：

	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.40		0.20	0.30	0.30
N2	0		0.40		0.60	0.60
CO2	0				0.60	0.60

①0~10min內(nèi)，N2的平均反應(yīng)速率v(N2)= ___________ .

②30min后，若只改變一個(gè)條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度如上表所示，則改變的條件可能是 ____ (填序號).

a.加入一定量的活性炭 b.改變反應(yīng)體系的溫度

c.縮小容器的體積 d.通入一定量的NO e.使用催化劑

（2）NH3催化還原法：原理如圖所示。

①若煙氣中c(NO2) ：c(NO)=1 ：1，發(fā)生圖甲所示的脫氮反應(yīng)時(shí)，每轉(zhuǎn)移1.5mol電子放出的熱量為113.8kJ，則發(fā)生該脫氮反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為__________________.

②圖乙是在一定時(shí)間內(nèi)，使用不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應(yīng)的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳催化劑和相應(yīng)溫度分別為_____________；使用Mn作催化劑時(shí)，脫氮率b-a 段呈現(xiàn)如圖變化的可能原因是__________（答1點(diǎn)）.

（3）直接電解吸收法：先用6%的稀硝酸吸收NOx，生成HNO2（弱酸），再將吸收液導(dǎo)入電解槽中進(jìn)行電解，使之轉(zhuǎn)化為硝酸，則陽極的電極反應(yīng)式為________________.

（4）NO2與N2O4之間存在轉(zhuǎn)化：N2O4(g) 2NO2(g)，將一定量的N2O4放入恒容密閉容器中。

①己知N2O4的起始壓強(qiáng)p0為108 kPa，325℃時(shí)，N2O4的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為：Kp=________kPa（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×各物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，保留一位小數(shù)）.

②在一定條件下，該反應(yīng)N2O4、NO2的消耗速率與自身壓強(qiáng)間存在關(guān)系：v(N2O4)=k1p(N2O4)，v(NO2)=k2p2(NO2)，其中k1、k2是與反應(yīng)溫度有關(guān)的常數(shù)。相應(yīng)的速率－壓強(qiáng)關(guān)系如圖所示，在圖標(biāo)出的點(diǎn)中，能表示反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的點(diǎn)為______。

Answer 1

【答案】0.03 mol/(Lmin)(1分 c d 2 NH3(g) + NO(g) + NO2(g) 2N2(g) + 3H2O(g) △H = - 455.2 kJ/mol Mn、200℃左右 b～a段，隨著溫度升高，催化劑活性增大，反應(yīng)速率增大，導(dǎo)致脫氮率逐漸升高 HNO2 – 2e- + H2O = 3H+ + NO3- 115.2 B點(diǎn)與D點(diǎn)

【解析】

根據(jù)速率公式v=△c/△t確定v(NO)，根據(jù)速率之比就等于化學(xué)反應(yīng)計(jì)量數(shù)之比確定N2的平均反應(yīng)速率；根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素知：改變固體和加催化劑不影響平衡移動(dòng)；改變體系的溫度，不能同時(shí)使三者的濃度都升高，即可出答案；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)和放出的熱量關(guān)系即可完成熱化學(xué)反應(yīng)方程式。

①由圖表知0~10min內(nèi)NO 的反應(yīng)速率為v(NO)=(1.0-0.4)/10=0.06mol/(Lmin),結(jié)合C(s)+2NO(g) N2(g)+ CO2(g)知N2的平均反應(yīng)速率v(N2)=1/2 v(NO)=0.03 mol/(Lmin )

②由C(s)+2NO(g) N2(g)+ CO2(g) △H = Q kJ·mol-130min后，NO(g)、N2(g)、CO2(g)濃度都增大了，所以，a.加入一定量的活性炭，b.改變反應(yīng)體系的溫度e.使用催化劑都答不到同時(shí)使三種氣體的濃度都增大；c.縮小容器的體積反應(yīng)物，生成物濃度都增大， d.通入一定量的NO，使平衡正向移動(dòng)， 反應(yīng)重新達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度都增大，故答案：cd.

（2）NH3催化還原法由如圖可知反應(yīng)方程式為：2 NH3(g) + NO(g) + NO2(g) 2N2(g) + 3H2O(g)。此反應(yīng)轉(zhuǎn)移6mol電子，由已知每轉(zhuǎn)移1.5mol電子放出的熱量為113.8kJ。所以該脫氮反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2 NH3(g) + NO(g) + NO2(g) 2N2(g) + 3H2O(g) △H = - 455.2 kJ/mol。

②由圖乙知Mn在200℃左右時(shí)脫氮率最高，催化效果最好，脫氮率b-a 段呈現(xiàn)如圖變化的可能原因是b～a段，隨著溫度升高，催化劑活性增大，反應(yīng)速率增大，導(dǎo)致脫氮率逐漸升高。

（3）電解HNO2（弱酸），陽極上NO2-放電，生成NO3-，則陽極的電極反應(yīng)式為HNO2 – 2e- + H2O = 3H+ + NO3- ；答案：HNO2 – 2e- + H2O = 3H+ + NO3-。

（4）NO2與N2O4之間存在轉(zhuǎn)化： g) 2NO2(g)，將一定量的N2O4放入恒容密閉容器中。

①己知N2O4的起始壓強(qiáng)p0為108 kPa，325℃時(shí)，N2O4的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，結(jié)合三段式知平衡時(shí)各物質(zhì)的壓強(qiáng)為：P(N2O4)= kPa, = kPa則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為：Kp= P2(NO2)/ P(N2O4)= 86.42/64.8=115.2 kPa。答案：115.2 kPa。

②化學(xué)平衡常數(shù)Kp= P2(NO2)/ P(N2O4),二者的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比,
所以v(NO2)：v(N2O4)= k2p2(NO2)：k1p(N2O4)=2:1化學(xué)平衡常數(shù)Kp= P2(NO2)/ P(N2O4)=,
則K1=1/2K2KP,滿足平衡條件v(NO2)=2v(N2O4)即為平衡點(diǎn), B點(diǎn)與D點(diǎn)點(diǎn)的壓強(qiáng)之比等于其反應(yīng)速率之比為1:2,所以B點(diǎn)與D點(diǎn)為平衡點(diǎn)。答案：B點(diǎn)與D點(diǎn)。